CN215200157U - 用于监控和调整激光加工的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于监控和调整激光加工的控制系统，包括图像采集装置、激光切割头、照明光源和上位机，所述激光切割头被配置为能够被所述上位机直接或间接控制；所述照明光源用于持续对激光作用区域的图像补充照明光；所述激光切割头用于通过喷嘴输出加工激光，对待加工物体进行激光加工；所述图像采集装置为多通道图像采集装置，用于采集激光作用区域的图像，形成至少两张目标图像，并反馈给所述上位机，所述至少两张目标图像包括同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像；可同时获得同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像，系统简单、精确度高，实现对激光焦点位置的实时监控与闭环调整。

Description

用于监控和调整激光加工的控制系统

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，尤其涉及一种用于监控和调整激光加工的控制系统。

背景技术

激光加工过程中，激光焦点相对于喷嘴和加工件的位置，会影响切割质量。尤其在氧气辅助碳钢切割过程中，不合适的焦点位置，会影响用于排渣的割缝宽度，或高能激光束与辅助气体的同轴度，导致断面粗糙、毛刺挂渣、四边不一致等现象。高功率激光切割过程中，随着加工时间增加，镜片、镜筒等部件吸收并积累的热量会持续增加，透镜自身的“热透镜效应”和镜筒受热不均造成的形变，都会引起焦点位置变化，影响切割质量。

现有技术中，采用以下方式监控加工区域的图像：

1)对于加工区域的图像采集采用脉冲间隔照明的方式，间隔地获取有、无照明的图像序列，经过软件配准后，进行分析，脉冲照明与采集、配准控制程序复杂，并且采样帧率降低，图像不同步；

2)采用二向色镜、空心反射镜等装置，将收集到的过程辐射按照波长分成多路，通过多个相机或传感器阵列实现同步采集，实现成本高，且不同相机之间数据匹配难度大。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于监控和调整激光加工的控制系统，以解决系统复杂以及精确度不高的问题。

本实用新型提供了一种用于监控和调整激光加工的控制系统，包括图像采集装置、激光切割头、照明光源和上位机，所述激光切割头被配置为能够被所述上位机直接或间接控制；

所述照明光源用于持续对激光作用区域的图像补充照明光；

所述激光切割头用于通过喷嘴输出加工激光，对待加工物体进行激光加工；

所述图像采集装置为多通道图像采集装置，用于采集激光作用区域的图像，形成至少两张目标图像，并反馈给所述上位机，所述至少两张目标图像包括同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像。

可选的，所述含照明光图像包括：

表征喷嘴轮廓的像素部分；

表征熔池的像素部分；

所述无照明光图像包括：

表征熔池的像素部分。

可选的，所述激光切割头包括设于外壳内部的准直镜、聚焦镜，所述聚焦镜设于所述喷嘴和所述准直镜之间，所述喷嘴设于所述外壳的靠近待加工物体的一端；

所述准直镜用于将接收到的初始激光准直后，得到平行的初始激光，并将平行的初始激光传送至所述聚焦镜；

所述聚焦镜用于将接收到的平行的初始激光聚焦后，得到聚焦后的初始激光，并将聚焦后的初始激光传送至所述喷嘴；

所述喷嘴用于将接收到的聚焦后的初始激光传送出激光切割头，得到所述加工激光，并将所述加工激光传送至所述激光作用区域。

可选的，所述激光切割头的外壳内还设有下保护镜，所述下保护镜设于所述聚焦镜与所述喷嘴之间，以接收聚焦后的初始激光并将其传送至所述喷嘴。

可选的，还包括第一电机模组，所述第一电机模组电连接上位机，所述第一电机模组设于所述激光切割头的外壳内，所述第一电机模组用于调整所述准直镜的位置。

可选的，所述激光切割头还包括二向色镜，

所述二向色镜与待加工物体的表面的夹角为第一角度；所述二向色镜用于供所述激光切割头内的初始激光通过；

所述二向色镜还用于反射第一图像采集光束，以形成第二图像采集光束，并将所述第二图像采集光束传送至所述图像采集装置；所述第一图像采集光束为采集的激光作用区域的图像，所述第一图像采集光束与至少部分初始激光重合。

可选的，还包括反光装置，所述反光装置设于所述二向色镜和所述图像采集装置之间，用于改变所述第二图像采集光束的光路，得到光路改变的第二图像采集光束，并将光路改变的第二图像采集光束传送至所述图像采集装置。

可选的，还包括合束镜，所述合束镜用于将所述照明光与所述第一图像采集光束或第二图像采集光束聚合。

可选的，所述图像采集装置包括N个滤光片，镜头，以及N个成像单元，至少一个滤光片可滤除所述照明光，其中，N≥2；

所述镜头与每个成像单元之间设有一个滤光片，所述镜头用于将接收到的所述第二图像采集光束传送至滤光片；

所述滤光片用于对接收到的第二图像采集光束中对应频段的光束进行滤波，得到目标图像光束，并将所述目标图像光束传送至对应的成像单元；

所述成像单元通讯连接所述上位机，所述成像单元用于将目标图像光束转换为对应的目标图像，并将得到的目标图像反馈至所述上位机。

可选的，还包括电机模组，所述电机模组电连接上位机，所述电机模组连接所述激光切割头，所述电机模组用于调整激光焦点的位置。

可选的，还包括激光器，所述激光器被配置为能直接或间接与上位机通信，所述激光器连接所述激光切割头，所述激光器在上位机的控制下，产生初始激光，并将所述初始激光传送至所述激光切割头。

本实用新型提供的用于监控和调整激光加工的控制系统，可同时获得同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像，无需采用脉冲照明的方式，即可得到同一时刻包含不同信息的激光作用区域的目标图像，目标图像同步，实现对激光焦点位置的实时监控与闭环调整，系统简单、精确度高；

图像采集装置采用多通道图像采集装置，不需要增加额外的分光用的光学器件，也不需要多个图像采集装置，即可得到同一时刻的多张目标图像，实现成本低，系统简单，其成像范围无需缩减，无需不同图像采集装置之间的数据匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制方法的流程示意图一；

图2a是本实用新型一实施例中含照明光图像；

图2b是本实用新型一实施例中无照明光图像；

图3是本实用新型一实施例中步骤S102的流程示意图一；

图4是本实用新型一实施例中步骤S1021的流程示意；

图5是本实用新型一实施例中步骤S1022的流程示意图一；

图6a是本实用新型一实施例中激光作用区域的特征量示意图一；

图6b是本实用新型一实施例中激光作用区域的特征量示意图二；

图6c是本实用新型一实施例中激光作用区域的特征量示意图三；

图6d是本实用新型一实施例中激光作用区域的特征量示意图四；

图7是本实用新型一实施例中步骤S1022的流程示意图二；

图8是本实用新型一实施例中步骤S102的流程示意图二；

图9是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制方法的流程示意图二；

图10是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的结构示意图一；

图11是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的结构示意图二；

图12是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的示意图一；

图13是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的示意图二；

图14是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的示意图三；

图15是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的示意图四；

图16是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制系统的示意图五；

图17是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制器的程序模块示意图一；

图18是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制器的程序模块示意图二；

图19是本实用新型一实施例中用于监控和调整激光加工的控制器的程序模块示意图三；

图20是本实用新型一实施例中电子设备的构造示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1，用于监控和调整激光加工的控制方法，包括：

S101：获取图像采集装置采集的至少两张目标图像，

S102：根据所述至少两张目标图像，确定加工偏移信息，

S103：根据所述加工偏移信息，控制激光的工作参数；

其中，所述至少两张目标图像包括同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像，可进一步理解为，所述至少两张目标图像为同一时刻同一区域的图像，其主要区别在于是否包含照明光。

其中的图像采集装置为多通道图像采集装置，至少一个通道的工作频段与照明光的频段匹配，在获取熔池图像的同时采集熔池边缘、喷嘴，得到含照明光图像，至少一个通道可滤除照明光，只保留熔池图像，得到无照明光图像；

图像采集装置的每个通道可以滤除对应频段的光，可以在连续照明、不降低采集帧率、不增加额外分光元器件的情况下，使得每个通道得到的目标图像包含激光作用区域的不同信息，也不需要采用脉冲照明的方式，目标图像同步，实现对激光焦点位置的实时监控与闭环调整，算法简单、精确度高。

所述加工偏移信息表征了激光加工时激光焦点的实际位置相对于所需位置的偏移情况，可例如激光焦点在待加工物体表面的偏移，在待加工物体表面的偏移会对激光加工位置的精确度以及喷嘴的质量造成影响，还可例如激光焦点在高度方向的偏移，在高度方向的偏移会对激光加工形成的割缝宽度造成影响，进而影响到激光加工的精确度。

所述工作参数包括以下至少之一：

所述激光切割头的喷嘴所输出的激光的强度、所述激光焦点的位置参数。

步骤S103中，对于工作参数的控制，可以是上位机自动控制，实现工作参数的调整，还可以通过上位机发布对应的警告指令，人工进行工作参数的控制。

请参考图2a和图2b，一种实施方式中，所述含照明光图像包括：

表征喷嘴轮廓的像素部分52；

表征熔池的像素部分51；

所述无照明光图像包括：

表征熔池的像素部分51。

图2a为含照明光图像，图像中包含了表征熔池的像素部分51，表征喷嘴轮廓的像素部分52，表征待加工物体的表面的像素部分251，表征熔池轮廓的像素部分511，其中的表征熔池轮廓的像素部分511也可以理解为表征激光加工过程中形成的割缝边缘的像素部分；图2b对应无照明光图像，可以得到更加精确的熔池轮廓。

请参考图3，一种实施方式中，步骤S102，包括：

S1021：根据所述至少两张目标图像，确定所述喷嘴的喷嘴轮廓信息以及所述熔池的熔池轮廓信息；

S1022：根据所述喷嘴轮廓信息和所述熔池轮廓信息，确定所述加工偏移信息；

所述喷嘴轮廓信息表征了喷嘴轮廓的像素点在图像坐标系中的位置，所述熔池轮廓信息表征了熔池轮廓的像素点在所述图像坐标系中的位置。

一种举例中，可以由含照明光图像得到喷嘴轮廓信息以及熔池的熔池轮廓信息，根据得到的喷嘴轮廓信息以及熔池的熔池轮廓信息确定加工偏移信息；一种举例中，可以由含照明光图像得到喷嘴轮廓信息，由无照明光图像得到熔池轮廓信息，进而根据得到的喷嘴轮廓信息以及熔池的熔池轮廓信息确定加工偏移信息。

请参考图4，一种实施方式中，步骤S1021，包括：

S10211：根据所述含照明光图像中各像素点的灰度值，以及喷嘴轮廓对应的像素阈值，在所述含照明光图像中确定所述喷嘴轮廓信息；

S10212：根据所述无照明光图像中各像素点的灰度值，以及熔池轮廓对应的像素阈值，在所述无照明光图像中确定所述熔池轮廓信息。

一种举例中，可以对目标图像进行动态多阈值分割，可例如大律算法(简称OTSU算法)，进而实现对目标图像中喷嘴轮廓与熔池轮廓的提取，得到喷嘴轮廓信息以及熔池轮廓信息。

请参考图5至图7，一种实施方式中，所述加工偏移信息，包括加工平面偏移信息；其中的加工平面偏移信息，表征了激光焦点在待加工物体表面相对于喷嘴的偏移方向以及偏移量。

步骤S1022，具体包括：

S10221：根据所述喷嘴轮廓信息，确定喷嘴中心信息，所述喷嘴中心信息表征了喷嘴轮廓的中心在所述图像坐标系中的位置；

S10222：根据所述熔池轮廓信息，确定激光焦点信息，所述激光焦点信息表征了激光的焦点在所述图像坐标系中的位置；

S10223：根据所述喷嘴中心信息和所述激光焦点信息，确定所述加工偏移信息。

一种举例中，对得到的喷嘴轮廓信息进行圆拟合，进而得到喷嘴中心信息；根据得到的熔池轮廓信息，确定熔池的中心线，进而确定激光焦点信息；进一步地，根据喷嘴中心信息和激光焦点信息，加工平面偏移信息。

一种实施方式中，所述加工偏移信息，包括高度偏移信息；高度偏移信息表征了激光焦点在高度方向的偏移方向以及偏移量；

步骤S1022，具体包括：

S10224：根据所述熔池轮廓信息，确定熔池的宽度信息；

S10225：根据所述宽度信息，确定所述加工偏移信息。

一种举例中，根据得到的熔池轮廓信息，计算出熔池的宽度信息，根据计算得到的熔池的宽度信息与预设的熔池的宽度信息进行对比，结合数据库中熔池的宽度与激光焦点高度的对应关系，确定高度偏移信息；

再一种举例中，根据得到的熔池轮廓信息，计算出熔池的多个不同的宽度信息，根据熔池的宽度的变化量，计算高度偏移信息。

请参考图6a，一实施例中，当激光焦点在图像坐标系中的位置O'与喷嘴中心在图像坐标系中的位置O相匹配时，激光焦点相对于喷嘴未发生偏移，此时所形成的割缝边缘511对应的宽度为d，可通过对比d与预设的割缝宽度的大小关系确定激光焦点的高度偏移信息；

请参考图6b，一实施例中，不同时刻的割缝宽度发生了变化，可以通过计算两个割缝宽度d与d'之间的变化关系，确定激光焦点的高度偏移信息；

请参考图6c，区别于以上实施例，当得到的熔池轮廓信息中包括两条不平行的切割路径时，分别计算得到图像坐标系中熔池51对应的中心线I以及熔池52对应的中心线I'，中心线I和中心线I'的交点即为激光焦点在图像坐标系中的位置。

请参考图6d，一实施例中，激光焦点在图像坐标系中的位置为O'，喷嘴中心在图像坐标系中的位置为O，计算O'相对于O的偏移，即可得到加工平面偏移信息。

请参考图8，一种实施方式中，步骤S1021之后，还包括：

S1023：根据所述喷嘴轮廓信息，确定喷嘴状态信息，所述喷嘴状态信息表征了所述喷嘴的受损情况。

以上实施方式中，喷嘴的受损情况可以理解为，喷嘴是否在初始激光的所用下，因为高温出现损耗，进而使得加工激光与预期的加工激光不匹配，影响激光加工的质量；

对于喷嘴状态信息的确定，可例如对喷嘴轮廓信息进行圆拟合，确定喷嘴轮廓在图像坐标系中的圆度，进而确定喷嘴状态信息。

请参考图9，一种实施方式中，所述用于监控和调整激光加工的控制系统还包括：

S104：根据所述喷嘴状态信息，触发所述喷嘴的更换。

以上实施方式中，喷嘴是否需要更换的触发方式，可例如，对喷嘴轮廓信息进行圆拟合，确定喷嘴轮廓在图像坐标系中的圆度，若得到的圆度小于预设的圆度，则触发喷嘴的更换；

对于触发喷嘴更换的实现方式，可例如：通过上位机发出喷嘴更换的指令，通过驱动对应的装置，实现喷嘴的自动更换；

还可以例如：通过上位机发出喷嘴更换的指令，对应的装置输出喷嘴受损的警告信息，进而对外指示人工更换。

请参考图10，用于监控和调整激光加工的控制系统2，包括图像采集装置22、激光切割头24、照明光源23和上位机21，所述激光切割头24被配置为能够被所述上位机21直接或间接控制；

所述照明光源23用于持续对激光作用区域的图像补充照明光；

所述激光切割头24用于通过喷嘴241输出加工激光，对待加工物体25进行激光加工；

所述图像采集装置22为多通道图像采集装置，用于采集激光作用区域的图像，形成至少两张目标图像，并反馈给所述上位机21，所述至少两张目标图像包括同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像；

所述上位机21用于：

获取图像采集装置22采集的至少两张目标图像；

根据所述至少两张目标图像，确定加工偏移信息，所述加工偏移信息表征了激光加工时激光焦点的实际位置相对于所需位置的偏移情况；

根据所述加工偏移信息，控制激光的工作参数，所述工作参数包括以下至少之一：

所述激光切割头24的喷嘴241所输出的激光的强度、所述激光切割头24的位置参数。

其中，照明光源23的位置可以根据需要或应用环境设置在不同的位置，可例如，将照明光源23可以设置在图像采集装置22采集目标图像的光路旁，照明光经过多个光学器件，最终照射在待加工物体25表面；还可例如，将照明光源23设置在喷嘴附近(例如图16中的照明光源232)，照明光直接照射到待加工物体25表面。

一种举例中，照明光源23可选LED光源，可以稳定且均匀照明整个喷嘴，便于实现喷嘴轮廓提取；波长处于600～670nm波段，进而可以与第一图像采集光束和/或第二图像采集光束中，表征切割效果好坏的特征波段相匹配，这样使用图像采集装置222可以同时获取喷嘴轮廓信息、熔池轮廓信息；照明光源23的照明功率为300～1000mW，既保证有效实现喷嘴、待加工物体表面特征提取，又可以与第一图像采集光束和/或第二图像采集光束具有相近的对比度，同时不会造成更多的散热；

以上举例中的照明光源23还可以替换为白光或其他波段LED照明源，或其他相干照明源(如980nm，808nm，670nm，532nm，450nm激光照明)，形式上可以是发散照明，准直照明，结构光照明等。

请参考图11，部分举例中，用于监控和调整激光加工的控制系统2还包括激光器201，激光,201被配置为能直接或间接与上位机通信，激光器连接(可例如光纤连接)所述激光切割头24，激光器在上位机的控制下，产生初始激光，并将初始激光传送至激光切割头24。

请参考图12，一种实施方式中，所述激光切割头24包括设于外壳内部的准直镜242、聚焦镜243，所述聚焦镜243设于所述喷嘴241和所述准直镜242之间，所述喷嘴241设于所述外壳的靠近待加工物体25的一端；

所述准直镜242用于将接收到的初始激光26a准直后，得到平行的初始激光，并将平行的初始激光传送至所述聚焦镜243；

所述聚焦镜243用于将接收到的平行的初始激光聚焦后，得到聚焦后的初始激光，并将聚焦后的初始激光传送至所述喷嘴241；

所述喷嘴241用于将接收到的聚焦后的初始激光传送出激光切割头24，得到所述加工激光26b，并将所述加工激光26b传送至所述激光作用区域。

一种实施方式中，所述激光切割头24的外壳内还设有下保护镜244，所述下保护镜244设于所述聚焦镜243与所述喷嘴241之间，以接收聚焦后的初始激光并传送至所述喷嘴241。

部分举例中，用于监控和调整激光加工的控制系统2还包括第一电机模组(未图示)，第一电机模组电连接上位机，第一电机模组设于激光切割头24的外壳内，第一电机模组受上位机21控制，改变准直镜242的位置，进而实现对激光焦点的位置的调整。

一种实施方式中，所述激光切割头24还包括二向色镜245，

所述二向色镜245与待加工物体25的表面的夹角为第一角度；所述二向色镜245用于通过所述激光切割头24内的初始激光；

所述二向色镜245还用于反射第一图像采集光束27a，以形成第二图像采集光束27b，并将所述第二图像采集光束27b传送至所述图像采集装置22；所述第一图像采集光束27a为采集的激光作用区域的图像，所述第一图像采集光束27a与至少部分初始激光26a重合。

其中的二向色镜245可以根据不同的应用环境或者实际需求，设置在激光切割头24外壳内部的不同位置，可例如图12中聚焦镜243与下保护镜244之间，还可例如图13中准直镜242与聚焦镜243之间，又可例如图14中准直镜242的上方。

本实用新型一实施例中，二向色镜245工作原理如下：

二向色镜245对于波长对于初始激光26a的透射率很高，反射率很低，而对于第一图像采集光束27a的反射率很高，透射率很低，二向色镜245对于初始激光26a的透射率很高，反射率很低，而对于第一图像采集光束27a的反射率很高，透射率很低，进而可以实现通过初始激光26a，且反射第一图像采集光束27a，进一步地，可实现在不影响初始激光26a能量的情况下，将喷嘴241收集的第一图像采集光束27a(可例如切割过程辐射信息)，直接或间接反射至图像采集装置22。

本实用新型一实施例中，二向色镜245对于波长大于700nm的光束，如初始激光26a，透射率>99％；对于波长小于700nm的光束，如第一图像采集光束27a，反射率>99％。

请参考图16，区别于以上实施例，二向色镜245还可用于通过第一图像采集光束27a，反射初始激光26a。

可见，因为控制系统的实际需求或应用环境的不同，选择不同类型的二向色镜而造成控制系统结构的变化，均不脱离本实用新型的保护范围。

请参考图12，一种实施方式中，所述用于监控和调整激光加工的控制系统2还包括反光装置28，所述反光装置28设于所述二向色镜245和所述图像采集装置22之间，用于改变所述第二图像采集光束27b的光路，得到光路改变的第二图像采集光束，并将光路改变的第二图像采集光束传送至所述图像采集装置22。

其中的反光装置28，可例如二向色镜，还可例如平面反射镜，只要能够实现光路的改变，均不脱离本实用新型的保护范围。

一种实施方式中，所述用于监控和调整激光加工的控制系统2还包括合束镜29，所述合束镜29用于将所述照明光231与所述第一图像采集光束27a或第二图像采集光束27b聚合。

以上实施方式中，照明光源23可设于第二图像采集光束27b旁，进而，合束镜29设于图像采集装置22与二向色镜245之间，例如图11至13中所示，以图11为例，照明光231依次经过合束镜29、反光装置28、二向色镜245、下保护镜244、喷嘴241，最终照射在待加工物体25表面，实现补充照明光；

照明光源23还可设于第一图像采集光束27a旁，进而合束镜29设于二向色镜245与喷嘴241之间，可例如图14中所示，照明光231经过合束镜29、下保护镜244、喷嘴241，最终照射在待加工物体25表面，实现补充照明光。

一种实施方式中，所述图像采集装置包括N个滤光片221，镜头222，以及N个成像单元223，至少一个滤光片221可滤除所述照明光231，其中，N≥2；

所述镜头222与每个成像单元223之间设有一个滤光片221，所述镜头222用于将接收到的所述第二图像采集光束27b传送至滤光片221；

所述滤光片221用于对接收到的第二图像采集光束27b中对应频段的光束进行滤波，得到目标图像光束，并将所述目标图像光束传送至对应的成像单元223；

所述成像单元223通讯连接所述上位机21，所述成像单元223用于将目标图像光束转换为对应的目标图像，并将得到的目标图像反馈至所述上位机21。

以上实施方式中，滤光片221可以是单波段(如窄带滤光片)，也可以是复合波段(如低通或高通滤光片)；成像单元223可以是可见光相机(例如工作波段为380-780nm)，也可以是近红外相机(简称NIR，工作波段为750-1600nm)或紫外相机，还可以是黑白相机，又可以是彩色相机；成像单元223可以是激光二极管或激光二极管阵列。

照明光源23与图像采集装置22中的部件的工作波段互相匹配，进而可以根据应用环境选择对应的照明光源23与图像采集装置22的组合，可例如照明光源23为白光源，滤光片为低通滤光片，成像单元223为可见光彩色相机；也可例如，照明光源23为工作波段为808nm光源，滤光片为工作波段为808nm滤光片，成像单元223为红外相机；又可例如，照明光源23为工作波段为532nm光源，滤光片为工作波段为532nm滤光片，成像单元223为可见光黑白相机；还可例如照明光源23为工作波段为450nm光源，滤光片为低通滤光片，成像单元223为彩色相机。

部分举例中，用于监控和调整激光加工的控制系统2还包括第二电机模组202，第二电机模组202电连接上位机，第二电机模组202连接激光切割头24，第二电机模组202受上位机21控制，实现激光切割头24位置的改变，进而实现对激光焦点的位置以及激光切割头的位置的调整。

请参考图17，用于监控和调整激光加工的控制器3，包括：

图像采集模块301，获取图像采集装置22采集的至少两张目标图像，所述至少两张目标图像包括同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像；

数据处理模块302，用于根据所述至少两张目标图像，确定加工偏移信息，所述加工偏移信息表征了激光加工时激光切割头24的实际位置相对于所需位置的偏移情况；

参数调整模块303，用于根据所述加工偏移信息，控制激光的工作参数，所述工作参数包括以下至少之一：

所述激光切割头的喷嘴241所输出的激光的强度、所述激光切割头24的位置参数。

一种实施方式中，所述含照明光图像包括：

表征喷嘴轮廓的像素部分；

表征熔池的像素部分；

所述无照明光图像包括：

表征熔池的像素部分。

请参考图18，一种实施方式中，数据处理模块302，包括：

图像处理单元3021，用于根据所述至少两张目标图像，确定所述喷嘴的喷嘴轮廓信息以及所述熔池的熔池轮廓信息；

偏移确定单元3022，用于根据所述喷嘴轮廓信息和所述熔池轮廓信息，确定所述加工偏移信息；

所述喷嘴轮廓信息表征了喷嘴轮廓的像素点在图像坐标系中的位置，所述熔池轮廓信息表征了熔池轮廓的像素点在所述图像坐标系中的位置。

一种实施方式中，图像处理单元3021，具体用于：

根据所述含照明光图像中各像素点的灰度值，以及喷嘴轮廓对应的像素阈值，在所述含照明光图像中确定所述喷嘴轮廓信息；

根据所述无照明光图像中各像素点的灰度值，以及熔池轮廓对应的像素阈值，在所述无照明光图像中确定所述熔池轮廓信息。

一种实施方式中，所述加工偏移信息，包括加工平面偏移信息；其中的加工平面偏移信息，表征了激光焦点在待加工物体表面相对于喷嘴的偏移方向以及偏移量。

偏移确定单元3022，具体用于：

根据所述喷嘴轮廓信息，确定喷嘴中心信息，所述喷嘴中心信息表征了喷嘴轮廓的中心在所述图像坐标系中的位置；

根据所述熔池轮廓信息，确定激光焦点信息，所述激光焦点信息表征了激光的焦点在所述图像坐标系中的位置；

根据所述喷嘴中心信息和所述激光焦点信息，确定所述加工偏移信息。

一种实施方式中，所述加工偏移信息，包括高度偏移信息；高度偏移信息表征了激光焦点在高度方向的偏移方向以及偏移量；

偏移确定单元3022，具体用于：

根据所述熔池轮廓信息，确定熔池的宽度信息；

根据所述宽度信息，确定所述加工偏移信息。

请参考图19，一种实施方式中，数据处理模块302，还包括：

喷嘴确定单元3023，用于根据所述喷嘴轮廓信息，确定喷嘴状态信息，所述喷嘴状态信息表征了所述喷嘴的受损情况。

一种实施方式中，用于监控和调整激光加工的控制器3还包括：

喷嘴更换模块304，用于根据所述喷嘴状态信息，触发所述喷嘴的更换。

请参考图20，提供了一种电子设备40，包括：

处理器41；以及，

存储器42，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器41配置为经由执行所述可执行指令来执行以上所涉及的方法。

处理器41能够通过总线43与存储器42通讯。

本实用新型实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所涉及的方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取的存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，包括图像采集装置、激光切割头、照明光源和上位机，所述激光切割头被配置为能够被所述上位机直接或间接控制；

所述照明光源用于持续对激光作用区域的图像补充照明光；

所述激光切割头用于通过喷嘴输出加工激光，对待加工物体进行激光加工；

所述图像采集装置为多通道图像采集装置，用于采集激光作用区域的图像，形成至少两张目标图像，并反馈给所述上位机，所述至少两张目标图像包括同一时刻的激光作用区域的含照明光图像与无照明光图像。

2.根据权利要求1所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，所述含照明光图像包括：

表征喷嘴轮廓的像素部分；

表征熔池的像素部分；

所述无照明光图像包括：

表征熔池的像素部分。

3.根据权利要求1所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，所述激光切割头包括设于外壳内部的准直镜、聚焦镜，所述聚焦镜设于所述喷嘴和所述准直镜之间，所述喷嘴设于所述外壳的靠近待加工物体的一端；

所述准直镜用于将接收到的初始激光准直后，得到平行的初始激光，并将平行的初始激光传送至所述聚焦镜；

所述聚焦镜用于将接收到的平行的初始激光聚焦后，得到聚焦后的初始激光，并将聚焦后的初始激光传送至所述喷嘴；

所述喷嘴用于将接收到的聚焦后的初始激光传送出激光切割头，得到所述加工激光，并将所述加工激光传送至所述激光作用区域。

4.根据权利要求3所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，所述激光切割头的外壳内还设有下保护镜，所述下保护镜设于所述聚焦镜与所述喷嘴之间，以接收聚焦后的初始激光并将其传送至所述喷嘴。

5.根据权利要求3所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，所述激光切割头还包括二向色镜，

所述二向色镜与待加工物体的表面的夹角为第一角度；所述二向色镜用于供所述激光切割头内的初始激光通过；

所述二向色镜还用于反射第一图像采集光束，以形成第二图像采集光束，并将所述第二图像采集光束传送至所述图像采集装置；所述第一图像采集光束为采集的激光作用区域的图像，所述第一图像采集光束与至少部分初始激光重合。

6.根据权利要求3所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，还包括第一电机模组，所述第一电机模组电连接上位机，所述第一电机模组设于所述激光切割头的外壳内，所述第一电机模组用于调整所述准直镜的位置。

7.根据权利要求5所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，还包括反光装置，所述反光装置设于所述二向色镜和所述图像采集装置之间，用于改变所述第二图像采集光束的光路，得到光路改变的第二图像采集光束，并将光路改变的第二图像采集光束传送至所述图像采集装置。

8.根据权利要求5所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，还包括合束镜，所述合束镜用于将所述照明光与所述第一图像采集光束或第二图像采集光束聚合。

9.根据权利要求5所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，所述图像采集装置包括N个滤光片，镜头，以及N个成像单元，至少一个滤光片可滤除所述照明光，其中，N≥2；

所述镜头与每个成像单元之间设有一个滤光片，所述镜头用于将接收到的所述第二图像采集光束传送至滤光片；

所述滤光片用于对接收到的第二图像采集光束中对应频段的光束进行滤波，得到目标图像光束，并将所述目标图像光束传送至对应的成像单元；

所述成像单元通讯连接所述上位机，所述成像单元用于将目标图像光束转换为对应的目标图像，并将得到的目标图像反馈至所述上位机。

10.根据权利要求1所述的用于监控和调整激光加工的控制系统，其特征在于，还包括激光器，所述激光器被配置为能直接或间接与上位机通信，所述激光器连接所述激光切割头，所述激光器用于产生初始激光，并将所述初始激光传送至所述激光切割头。

Images